KR20190114889A - Thermoelectric module - Google Patents

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KR20190114889A
KR20190114889A KR1020190036731A KR20190036731A KR20190114889A KR 20190114889 A KR20190114889 A KR 20190114889A KR 1020190036731 A KR1020190036731 A KR 1020190036731A KR 20190036731 A KR20190036731 A KR 20190036731A KR 20190114889 A KR20190114889 A KR 20190114889A
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diffusion barrier
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김동식
임병규
최현우
박철희
박예록
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주식회사 엘지화학
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Abstract

Disclosed is a thermoelectric module. The thermoelectric module comprises: a first substrate having a first electrode installed thereon; a second substrate disposed to face the first substrate and having a second electrode installed thereon; and a thermoelectric element disposed between the first substrate and the second substrate, and electrically connected to the first electrode and the second electrode. The thermoelectric element is sintered and bonded by a bonding layer including silver (Ag) between the substrate and a diffusion prevention layer including at least one selected from a group consisting of titanium (Ti), zirconium (Zr), and hafnium (Hf). According to an embodiment of the present invention, the diffusion prevention layer is stably formed in a state in which surface delamination is not generated between the thermoelectric element and the electrode.

Description

열전 모듈{THERMOELECTRIC MODULE}Thermoelectric module {THERMOELECTRIC MODULE}

본 발명은 확산 방지층의 안정적인 접합이 가능한 열전 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a thermoelectric module capable of stable bonding of the diffusion barrier layer.

일반적으로 고체 상태인 재료의 양단에 온도차가 있으면 열 의존성을 갖는 캐리어(전자 혹은 홀)의 농도 차이가 발생하고, 이것은 열기전력(Thermo-electromotive force)이라는 전기적인 현상, 즉 열전 현상으로 나타난다. In general, when there is a temperature difference across a material in a solid state, a difference in concentration of a carrier (electron or hole) having a thermal dependency occurs, which is represented by an electrical phenomenon called thermo-electromotive force, that is, a thermoelectric phenomenon.

이와 같이 열전 현상은 온도의 차이와 전기 전압 사이의 직접적인 에너지 변환을 의미한다.As such, thermoelectric phenomena mean direct energy conversion between temperature differences and electrical voltages.

이러한 열전 현상은 전기적 에너지를 생산하는 열전 발전과, 전기 공급에 의해 양단의 온도차를 유발하는 열전 냉각/가열로 구분할 수 있다. These thermoelectric phenomena can be classified into thermoelectric power generation to produce electrical energy, and thermoelectric cooling / heating causing a temperature difference between both ends by electric supply.

열전 현상을 보이는 열전 재료, 즉 열전 반도체는 발전과 냉각 과정에서 친환경적이고 지속가능한 장점이 있어서 많은 연구가 이루어지고 있다. Thermoelectric materials that exhibit thermoelectric phenomena, that is, thermoelectric semiconductors, have been researched due to their environmentally friendly and sustainable advantages in power generation and cooling.

더욱이, 산업 폐열, 자동차 폐열 등에서 직접 전력을 생산해낼 수 있어 연비 향상이나 CO2 감축 등에 유용한 기술로서, 열전 재료에 대한 관심은 더욱 높아지고 있다.In addition, since the power can be directly generated from industrial waste heat, automotive waste heat, and the like, which is useful for fuel efficiency improvement or CO 2 reduction, interest in thermoelectric materials is increasing.

이러한 열전 현상은 전기적 에너지를 생산하는 열전 발전과, 전기 공급에 의해 양단의 온도차를 유발하는 열전 냉각/가열로 구분할 수 있다. These thermoelectric phenomena can be classified into thermoelectric power generation to produce electrical energy, and thermoelectric cooling / heating causing a temperature difference between both ends by electric supply.

열전 현상을 보이는 열전 재료, 즉 열전 반도체는 발전과 냉각 과정에서 친환경적이고 지속가능한 장점이 있어서 많은 연구가 이루어지고 있다. Thermoelectric materials that exhibit thermoelectric phenomena, that is, thermoelectric semiconductors, have been researched due to their environmentally friendly and sustainable advantages in power generation and cooling.

더욱이, 산업 폐열, 자동차 폐열 등에서 직접 전력을 생산해낼 수 있어 연비 향상이나 CO2 감축 등에 유용한 기술로서, 열전 재료에 대한 관심은 더욱 높아지고 있다.In addition, since the power can be directly generated from industrial waste heat, automotive waste heat, and the like, which is useful for fuel efficiency improvement or CO 2 reduction, interest in thermoelectric materials is increasing.

열전 모듈은, 홀 캐리어(hole carrier)에 의해 전류가 흐르는, p형 열전 소자(thermoelectric element: TE)와, 전자(electron)에 의해서 전류가 흐르는, n형 열전 소자로 이루어진 p-n 열전 소자 1쌍이 기본 단위를 이룰 수 있다. 또한, 열전 모듈은 p형 열전 소자와 n형 열전 소자 사이를 연결하는 전극을 구비할 수 있다. The thermoelectric module includes a p-type thermoelectric element (TE), through which current flows through a hole carrier, and a pair of pn thermoelectric elements, consisting of an n-type thermoelectric element, through which current flows through electrons. Units can be achieved. In addition, the thermoelectric module may include an electrode connecting the p-type thermoelectric element and the n-type thermoelectric element.

열전 소자는 일반적으로 봉형 또는 기둥형 구조로 형성되고, 일단을 고온으로 유지하고 타단을 저온으로 유지한 상태로, 온도차에 제곱에 비례한 전력을 얻을 수 있다.The thermoelectric element is generally formed in a rod-like or columnar structure, and the power is proportional to the temperature difference obtained by keeping one end at a high temperature and the other end at a low temperature.

이러한 열전 소자에 이용하는 열전 재료는 성능을 최적으로 하는 사용 온도 범위가 있고, 사용 온도에서 발전 출력 또는 발전 효율을 최대로 하기 위해 복수의 열전 재료를 온도차를 따르도록 접합해 이용한다. 여기서, 열전 재료를 기계 구조적으로도 전기적으로도 직렬로 접합해서 이루어지는 소자를 세그먼트 열전 소자라고 부른다.Thermoelectric materials used in such thermoelectric elements have an operating temperature range for optimizing their performance, and a plurality of thermoelectric materials are bonded to use a temperature difference in order to maximize power generation output or power generation efficiency at the use temperature. Here, an element formed by joining thermoelectric materials in series both mechanically and electrically is called a segment thermoelectric element.

한편, 열전 모듈은, 전극과 열전 소자의 사이 부분은 솔더링(soldering) 방식으로 접합될 수 있다.Meanwhile, in the thermoelectric module, a portion between the electrode and the thermoelectric element may be joined by soldering.

특히, 종래에는 전극과 열전 소자의 사이 부분을 Sn계 또는 Pb계의 솔더 페이스트를 이용하여 전극과 열전 소자의 사이를 접합한다. In particular, conventionally, the portion between the electrode and the thermoelectric element is bonded between the electrode and the thermoelectric element by using a Sn-based or Pb-based solder paste.

그러나, 전술한 Sn계 또는 Pb계 솔더 페이스트는 열전 모듈의 최대 상시 구동 온도 섭씨 250도 이하로 제한되는 문제점이 있다.However, the above-described Sn-based or Pb-based solder paste has a problem that the maximum constant driving temperature of the thermoelectric module is limited to 250 degrees Celsius or less.

본 발명의 일 실시예는, 확산 방지층이 은(Ag) 소결 접합으로 열전 소자와 전극의 사이에 안정적으로 소결 접합되는 열전 모듈을 제공하고자 한다.One embodiment of the present invention is to provide a thermoelectric module in which the diffusion barrier layer is stably sintered between the thermoelectric element and the electrode by silver (Ag) sintering bonding.

본 발명의 일 실시예는, 제1 전극이 설치된 제1 기판과, 제1 기판에 대향하게 배치되며 제2 전극이 설치된 제2 기판과, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 사이에 배치되어 상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 전기적으로 연결되는 열전 소자를 포함하고, 열전 소자는, 상기 기판과의 사이에는, 타이타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 확산 방지층이 은(Ag)을 포함하는 접합층으로 소결 접합된다.According to an embodiment of the present invention, a first substrate provided with a first electrode, a second substrate disposed opposite to the first substrate, and provided with a second electrode are disposed between the first substrate and the second substrate. And a thermoelectric element electrically connected to the first electrode and the second electrode, wherein the thermoelectric element is selected from the group consisting of titanium (Ti), zirconium (Zr), and hafnium (Hf) between the substrate and the substrate. The diffusion barrier layer containing at least one kind is sintered and joined to the bonding layer containing silver (Ag).

열전 소자는, 스쿠테르다이트(Skutterudite)계 열전 소자일 수 있다.The thermoelectric element may be a skutterudite thermoelectric element.

열전 소자는 BiTe계 열전 소자일 수 있다.The thermoelectric element may be a BiTe based thermoelectric element.

확산 방지층은 BiTe계 열전 소자를 형성하는 BiTe 웨이퍼의 표면 조도를 0.5㎛ 내지 1㎛로 가공한 상태에서 상기 열전 소자와 상기 기판과의 사이에 증착 형성될 수 있다.The diffusion barrier layer may be deposited between the thermoelectric element and the substrate in a state in which the surface roughness of the BiTe wafer forming the BiTe-based thermoelectric element is processed to 0.5 μm to 1 μm.

확산 방지층은 1㎛ 내지 10㎛의 두께로 형성될 수 있다.The diffusion barrier layer may be formed to a thickness of 1 μm to 10 μm.

확산 방지층과 전극의 사이의 대면하는 표면에는 NiP/Au 또는 NiP/Pd/Au 도금될 수 있다.The facing surface between the diffusion barrier layer and the electrode may be plated with NiP / Au or NiP / Pd / Au.

은을 포함하는 접합층은, 250˚C 내지 350˚C의 온도 조건에서 5 내지 30Mpa의 압력 조건에서 가압 소결 형성될 수 있다.The bonding layer containing silver may be formed by pressure sintering under a pressure condition of 5 to 30 MPa at a temperature condition of 250 ° C. to 350 ° C.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 확산 방지층이 열전소자와 전극의 사이에 표면 박리가 발생되지 않은 상태로 안정적으로 형성되어, 은(Ag) 소결 접합으로 용이하게 접합될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the diffusion barrier layer is stably formed between the thermoelectric element and the electrode without surface peeling, and can be easily bonded by silver (Ag) sintering bonding.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 열전 모듈을 개략적으로 도시한 요부 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 BiTe계 열전 소자와 확산 방지층 및 전극의 적층 상태를 개략적으로 도시한 요부 분해 사시도이다.
도 3은 BiTe 웨이퍼에 확산 방지층을 형성한 후, 테이프 테스트(tape test)한 결과를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 BiTe 웨이퍼의 표면 조도 0.7㎛로 가공된 표면 이미지를 개략적으로 도시한 요부 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 열전 모듈의 출력 특성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 열전 모듈의 효율 특성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 열전 모듈을 개략적으로 도시한 요부 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating main parts of a thermoelectric module according to a first exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating main parts of a BiTe-based thermoelectric device, a diffusion barrier layer, and an electrode according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram showing the results of a tape test after forming a diffusion barrier layer on a BiTe wafer.
FIG. 4 is a schematic view schematically illustrating a surface image processed at a surface roughness of 0.7 μm of a BiTe wafer according to a first embodiment of the present invention.
5 is a diagram schematically illustrating output characteristics of a thermoelectric module according to a first exemplary embodiment of the present invention.
6 is a diagram schematically illustrating efficiency characteristics of a thermoelectric module according to a first embodiment of the present invention.
7 is a cross-sectional view illustrating main parts of a thermoelectric module according to a second exemplary embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like elements throughout the specification.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 열전 모듈을 개략적으로 도시한 요부 단면도이다. 1 is a cross-sectional view illustrating main parts of a thermoelectric module according to a first exemplary embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈(100)은, 제1 전극(11)이 설치된 제1 기판(10)과, 제1 기판(10)에 대향하게 배치되며 제2 전극이 설치된 제2 기판(20)과, 제1 기판(10)과 제2 기판(20)의 사이에 배치되어 제1 전극(11)과 제2 전극(21)에 전기적으로 연결되는 열전 소자(30)를 포함한다.As shown in FIG. 1, the thermoelectric module 100 according to the exemplary embodiment of the present invention is disposed to face the first substrate 10 on which the first electrode 11 is installed and the first substrate 10. A thermoelectric disposed between the second substrate 20 provided with the second electrode and the first substrate 10 and the second substrate 20 and electrically connected to the first electrode 11 and the second electrode 21. Element 30.

제1 기판(10)과 제2 기판(20)은 열전 소자(30)를 사이에 두고 양측에 각각 배치되어 열전 소자를 지지하도록 설치될 수 있다.The first substrate 10 and the second substrate 20 may be disposed on both sides with the thermoelectric element 30 interposed therebetween to support the thermoelectric element.

제1 기판(10)은 본 실시예에서 고온부로 적용될 수 있다. 이러한 제1 기판(10)은 열전 소자와 대면하는 방향이 편평하게 형성되어 열전 소자를 안정적으로 지지할 수 있다.The first substrate 10 may be applied to the high temperature portion in this embodiment. The first substrate 10 may have a flat surface facing the thermoelectric element to stably support the thermoelectric element.

제1 기판(10)은 알루미나(alumina), 질화알미늄(AIN) 등의 세라믹 재질로 형성될 수 있다. The first substrate 10 may be formed of a ceramic material such as alumina or aluminum nitride (AIN).

제2 기판(20)은 본 실시예에서 저온부로 적용될 수 있다. 이러한 제2 기판(20)은열전 소자(30)를 사이에 두고 제1 기판(10)에 대향하는 위치에 설치되는 것으로, 제1 기판(10)과 함께 열전 소자(30)를 안정적으로 지지할 수 있다.The second substrate 20 may be applied to the low temperature portion in this embodiment. The second substrate 20 is installed at a position facing the first substrate 10 with the thermoelectric element 30 interposed therebetween, and stably supports the thermoelectric element 30 together with the first substrate 10. Can be.

제2 기판(20)은, 알루미나(alumina), 질화알미늄(AIN) 등의 세라믹 재질로 형성될 수 있다. The second substrate 20 may be formed of a ceramic material such as alumina or aluminum nitride (AIN).

이러한 제2 기판(20)에는 방열 효율의 향상을 위해 방열부재(미도시)가 형성되는 것도 가능하다. A heat radiating member (not shown) may be formed on the second substrate 20 to improve heat radiating efficiency.

한편, 열전 소자(30)는 제1 전극(11)과 제2 전극(21)에 의해 제1 기판(10)과 제2 기판(20)의 사이에 전기적으로 연결된 상태로 배치될 수 있다. Meanwhile, the thermoelectric element 30 may be disposed in an electrically connected state between the first substrate 10 and the second substrate 20 by the first electrode 11 and the second electrode 21.

이러한 열전 소자(30)는 제1 전극(11)과 제2 전극(21)의 사이에 전기적으로 연결되는 BiTe계 열전 소자로 적용될 수 있다. 이하에서 열전 소자와 BiTe계 열전 소자는 동일 참조 번호를 사용한다.The thermoelectric element 30 may be applied as a BiTe-based thermoelectric element electrically connected between the first electrode 11 and the second electrode 21. Hereinafter, the thermoelectric element and the BiTe-based thermoelectric element use the same reference numerals.

즉, 열전 소자(30)는, 제1 기판(10)과 제2 기판(20)의 사이에서 전기적으로 연결되며 상대적으로 저온 영역에서 성능 효율이 극대화되는 BiTe 계 열전 소자로 적용될 수 있다.That is, the thermoelectric element 30 may be applied as a BiTe-based thermoelectric element electrically connected between the first substrate 10 and the second substrate 20 and maximizing performance efficiency in a relatively low temperature region.

한편, 열전 소자(30)는 기판(10, 20)과의 사이에 확산 방지층(40)이 형성될 수 있다. 참조번호 41은 접착층을 말한다.In the thermoelectric element 30, a diffusion barrier layer 40 may be formed between the substrates 10 and 20. Reference numeral 41 denotes an adhesive layer.

확산 방지층(40)은 타이타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하여 형성될 수 있다.The diffusion barrier layer 40 may include at least one selected from the group consisting of titanium (Ti), zirconium (Zr), and hafnium (Hf).

확산 방지층(40)은 은(Ag)을 포함하는 접합층으로 소결 접합될 수 있다. 이러한 확산 방지층(40)은, 250˚C 내지 350˚C의 온도 조건에서 5 내지 30Mpa의 압력 조건에서 가압 소결 형성될 수 있다.The diffusion barrier layer 40 may be sintered to a bonding layer containing silver (Ag). The diffusion barrier layer 40 may be formed by pressure sintering at a pressure condition of 5 to 30Mpa at a temperature condition of 250 ° C to 350 ° C.

이와 같이 확산 방지층(40)이 열전 소자(30)와 기판(10, 20)의 사이에 형성되는 것은, 열전 재료가 서로간에 확산되는 것을 방지하도록 형성될 수 있다.As such, the diffusion barrier layer 40 may be formed between the thermoelectric element 30 and the substrates 10 and 20 to prevent diffusion of the thermoelectric materials from each other.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 BiTe계 열전 소자와 확산 방지층 및 전극의 적층 상태를 개략적으로 도시한 요부 분해 사시도이다.FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating main parts of a BiTe-based thermoelectric device, a diffusion barrier layer, and an electrode according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이. 확산 방지층(40)이 BiTe계 열전 소자(30)에 증착법으로 형성되기 전에 BiTe계 열전 소자(30)를 형성하는 BiTe 웨이퍼의 표면 조도를 0.5㎛ 내지 1㎛로 가공한다. 이하에서 BiTe 웨이퍼와 BiTe계 열전 소자는 동일 참조 번호를 사용한다. As shown in FIG. 2. Before the diffusion barrier layer 40 is formed on the BiTe-based thermoelectric element 30, the surface roughness of the BiTe wafer forming the BiTe-based thermoelectric element 30 is processed to 0.5 μm to 1 μm. Hereinafter, BiTe wafers and BiTe-based thermoelectric elements use the same reference numerals.

즉, 본 실시예의 열전 모듈(100)은, BiTe계 열전 소자(30)의 형성을 위한 평판형의 BiTe 웨이퍼에 확산 방지층(40)을 형성한 후 막대 형상으로 슬라이싱하여 형성될 수 있다.That is, the thermoelectric module 100 of the present exemplary embodiment may be formed by forming a diffusion barrier layer 40 on a flat BiTe wafer for forming the BiTe-based thermoelectric element 30 and then slicing it into a rod shape.

여기서, BiTe 웨이퍼(30)는 열전 모듈(100) 제조를 위한 적층전에 표면 조도(Ra)를 0.5㎛ 내지 1㎛ 범위를 갖도록 가공될 수 있다.Here, the BiTe wafer 30 may be processed to have a surface roughness Ra of 0.5 μm to 1 μm before lamination for manufacturing the thermoelectric module 100.

도 3은 BiTe 웨이퍼에 확산 방지층을 형성한 후, 테이프 테스트(tape test)한 결과를 나타낸 도면이다.3 is a diagram showing the results of a tape test after forming a diffusion barrier layer on a BiTe wafer.

도 3에 도시된 바와 같이, BiTe 웨이퍼의 중앙부(A)의 표면 조도는 0.48㎛로 형성되어 0.5㎛ 내지 1㎛ 범위를 미달하도록 형성되는 바, 확산 방지층이 박리된 상태를 나타낸다.As shown in FIG. 3, the surface roughness of the central portion A of the BiTe wafer is formed to be 0.48 μm and falls short of the range of 0.5 μm to 1 μm, indicating that the diffusion barrier layer is peeled off.

또한, BiTe 웨이퍼의 외곽부(B)의 표면 조도는 0.75㎛로 형성되어 0.5㎛ 내지 1㎛에 포함되는 바, 확산 방지층은 표면 박리가 발생되지 않은 상태로 안정적인 접합 상태를 유지하는 것을 확인할 수 있다.In addition, the surface roughness of the outer portion (B) of the BiTe wafer is formed to be 0.75㎛ and included in 0.5㎛ to 1㎛, it can be seen that the diffusion barrier layer maintains a stable bonding state without the surface peeling occurs. .

도 4는 BiTe 웨이퍼의 표면 조도 0.7㎛로 가공된 표면 이미지를 개략적으로 도시한 요부 도면이다. 도 4와 같이 표면 조도 0.7㎛ 상태에서 균일 가공된 양호한 상태를 확인할 수 있다.FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a surface image processed at a surface roughness of 0.7 μm of a BiTe wafer. FIG. As shown in FIG. 4, a good state uniformly processed in a state of surface roughness of 0.7 μm can be confirmed.

한편, BiTe 웨이퍼의 표면 조도가 1㎛를 초과하는 경우에는 BiTe 웨이퍼의 표면 크랙(crack)이 발생되어 소자 저항이 증가되고 접합력이 약화될 수 있다.On the other hand, when the surface roughness of the BiTe wafer exceeds 1 μm, surface cracks may occur in the BiTe wafer, thereby increasing the device resistance and weakening the bonding force.

이러한 확산 방지층(40)은 본 실시예에서 1㎛ 내지 10㎛의 두께로 형성될 수 있다. 이와 같이, 확산 방지층(40)이 1㎛ 내지 10㎛의 범위로 형성되고, 보다 바람직하게는 4㎛ 내지 5㎛ 범위로 형성될 수 있다. The diffusion barrier layer 40 may be formed to a thickness of 1㎛ 10㎛ in this embodiment. As such, the diffusion barrier layer 40 may be formed in the range of 1 μm to 10 μm, and more preferably in the range of 4 μm to 5 μm.

이와 같이, 확산 방지층(40)이 1㎛ 내지 10㎛의 두께 범위로 형성되는 바, 열전 재료가 서로간에 확산되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.As described above, since the diffusion barrier layer 40 is formed in the thickness range of 1 μm to 10 μm, it is possible to effectively prevent the thermoelectric materials from diffusing between each other.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈의 출력 특성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈의 효율 특성을 개략적으로 도시한 도면이다. 5 is a view schematically showing the output characteristics of the thermoelectric module according to an embodiment of the present invention, Figure 6 is a view showing the efficiency characteristics of the thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 열전 모듈(100)은, 출력 특성과 효율 특성이 향상된 상태를 확인할 수 있다.As shown in FIG. 5 and FIG. 6, the thermoelectric module 100 of the present exemplary embodiment may identify a state in which output characteristics and efficiency characteristics are improved.

한편, 확산 방지층(40)과 전극(11, 21)의 사이의 대면하는 표면에는 NiP/Au 또는 NiP/Pd/Au 도금될 수 있다.Meanwhile, NiP / Au or NiP / Pd / Au may be plated on the facing surface between the diffusion barrier layer 40 and the electrodes 11 and 21.

이와 같이, NiP/Au 또는 NiP/Pd/Au 도금이 확산 방지층(40)과 전극(11,21)의 사이의 대면하는 표면에 실시되는 바, 확산 방지층(40)이 은(Ag) 소결 접합으로 용이하게 접합될 수 있다.In this way, NiP / Au or NiP / Pd / Au plating is performed on the facing surface between the diffusion barrier layer 40 and the electrodes 11, 21, so that the diffusion barrier layer 40 is formed of silver (Ag) sintered joint. It can be easily bonded.

전술한 바와 같이, 본 실시예의 열전 모듈(100)은, 확산 방지층(40)이 BiTe 웨이퍼와 전극의 사이에 표면 박리가 발생되지 않은 상태로 안정적으로 형성되어, 은(Ag) 소결 접합으로 용이하게 접합될 수 있다.As described above, in the thermoelectric module 100 of the present embodiment, the diffusion barrier layer 40 is stably formed with no surface peeling between the BiTe wafer and the electrode, and is easily formed by silver (Ag) sintering bonding. Can be bonded.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 열전 모듈을 개략적으로 도시한 요부 단면도이다. 도 1 내지 도 6과 동일 참조 번호는 동일 또는 유사 기능의 동일 또는 유사부재를 말한다. 이하에서 동일 참조 번호에 대해서는 그 자세한 설명을 생략한다.7 is a cross-sectional view illustrating main parts of a thermoelectric module according to a second exemplary embodiment of the present invention. The same reference numerals as in Figs. 1 to 6 refer to the same or similar members having the same or similar functions. The detailed description of the same reference numerals will be omitted below.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 열전 모듈(200)의 열전 소자(130)는, 제1 전극(11)과 제2 전극(21)에 의해 제1 기판(10)과 제2 기판(20)의 사이에 전기적으로 연결된 상태로 배치될 수 있다.As shown in FIG. 7, the thermoelectric element 130 of the thermoelectric module 200 according to the second exemplary embodiment of the present invention may be formed of the first substrate 10 by the first electrode 11 and the second electrode 21. ) And the second substrate 20 may be disposed in an electrically connected state.

열전 소자(130)는 제1 전극(11)과 제2 전극(21)의 사이에 전기적으로 연결되는 스쿠테르다이트(Skutterudite)계 열전 소자로 적용될 수 있다. The thermoelectric element 130 may be applied as a skutterudite thermoelectric element electrically connected between the first electrode 11 and the second electrode 21.

따라서, 열전 소자(130)는 제1 기판(10)과 제2 기판(20)의 사이에서 제1 전극(11)과 제2 전극(21)에 전기적으로 연결되는 부분에 상대적으로 고온 영역에서 성능 효율이 극대화되도록 형성될 수 있다.Accordingly, the thermoelectric element 130 performs in a high temperature region relatively to a portion electrically connected to the first electrode 11 and the second electrode 21 between the first substrate 10 and the second substrate 20. It can be formed to maximize efficiency.

이러한 열전 소자(30)는 기판(10, 20)과의 사이에 확산 방지층(40)이 형성될 수 있다.In the thermoelectric element 30, a diffusion barrier layer 40 may be formed between the substrates 10 and 20.

확산 방지층(40)은 타이타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하여 형성될 수 있다.The diffusion barrier layer 40 may include at least one selected from the group consisting of titanium (Ti), zirconium (Zr), and hafnium (Hf).

이와 같이 확산 방지층(40)이 열전 소자(30)와 기판(10, 20)의 사이에 형성되어 열전 재료가 서로간에 확산되는 것을 방지할 수 있다.As described above, the diffusion barrier layer 40 may be formed between the thermoelectric element 30 and the substrates 10 and 20 to prevent the thermoelectric materials from being diffused between each other.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to the range of.

10...제1 기판 11...제1 전극
20...제2 기판 21...제2 전극
30...열전 40...확산 방지층
41...접착층10 ... First substrate 11 ... First electrode
20 ... second substrate 21 ... second electrode
30 ... thermoelectric 40 ... diffusion barrier
41 ... adhesive layer

Claims (7)

제1 전극이 설치된 제1 기판;
상기 제1 기판에 대향하게 배치되며 제2 전극이 설치된 제2 기판 및
상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 사이에 배치되어 상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 전기적으로 연결되는 열전 소자;
를 포함하고,
상기 열전 소자는, 상기 기판과의 사이에는, 타이타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 확산 방지층이 은(Ag)을 포함하는 접합층으로 소결 접합되는 열전 모듈.A first substrate provided with a first electrode;
A second substrate disposed opposite the first substrate and provided with a second electrode;
A thermoelectric element disposed between the first substrate and the second substrate and electrically connected to the first electrode and the second electrode;
Including,
The thermoelectric element may be a bonding layer including silver (Ag) between the substrate and a diffusion barrier layer including at least one selected from the group consisting of titanium (Ti), zirconium (Zr), and hafnium (Hf). Thermoelectric module to be sintered and bonded. 제1항에 있어서,
상기 열전 소자는, 스쿠테르다이트(Skutterudite)계 열전 소자인 열전 모듈.The method of claim 1,
The thermoelectric device is a thermoelectric module that is a Skutterudite thermoelectric device. 제1항에 있어서,
상기 열전 소자는 BiTe계 열전 소자인 열전 모듈.The method of claim 1,
The thermoelectric device is a BiTe-based thermoelectric device thermoelectric module. 제1항에 있어서,
상기 확산 방지층은 상기 BiTe계 열전 소자를 형성하는 BiTe 웨이퍼의 표면 조도를 0.5㎛ 내지 1㎛로 가공한 상태에서 상기 열전 소자와 상기 기판과의 사이에 증착 형성되는 열전 모듈.The method of claim 1,
The diffusion barrier layer is formed by depositing between the thermoelectric element and the substrate in the state that the surface roughness of the BiTe wafer forming the BiTe-based thermoelectric element is processed to 0.5㎛ to 1㎛. 제1항에 있어서,
상기 확산 방지층은 1㎛ 내지 10㎛의 두께로 형성되는 열전 모듈.The method of claim 1,
The diffusion barrier layer is formed of a thermoelectric module having a thickness of 1㎛ 10㎛. 제1항에 있어서,
상기 확산 방지층과 상기 전극의 사이의 대면하는 표면에는 NiP/Au 또는 NiP/Pd/Au 도금되는 열전 모듈. The method of claim 1,
A thermoelectric module plated with NiP / Au or NiP / Pd / Au on the facing surface between the diffusion barrier layer and the electrode. 제1항에 있어서,
상기 은을 포함하는 접합층은, 250˚C 내지 350˚C의 온도 조건에서 5 내지30Mpa의 압력 조건에서 가압 소결 형성되는 열전 모듈.The method of claim 1,
The bonding layer containing the silver, the thermoelectric module is formed by pressure sintering under a pressure condition of 5 to 30Mpa at a temperature condition of 250 ° C to 350 ° C.
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